面向用户需求的地基伪卫星布局设计方法探讨

地基伪卫星布局设计是影响地基导航系统定位性能的关键技术之一。分析地基伪卫星布局相关因素的影响,探讨面向用户需求的地基伪卫星布局设计方法,并通过实例给出伪卫星布局设计过程,为满足特定用户需求的地基伪卫星布局设计提供参考。     

导航星座自主时间基准的相对论效应

从相对论框架下导航星座自主时间基准定义及其生成原理出发,对其实现要素进行了相对论分析及改正,包括卫星原子钟和星间链路测量量相对论效应,并以GPS、BDS为例计算说明。得出以下结论:1)卫星钟相对论常值由地面频率调整实现预修正,周期累积钟差则根据卫星星历实现实时计算和改正;在此基础上,2)星间链路伪距测量相对论效应主要是星间信号传播相对论效应,对中高轨卫星其最大影响为cm量级;3)星间链路多普勒测量相对论效应则是由卫星钟周期项频率变化引起,对小偏心率中高轨卫星而言,其对星间径向相对速度最大影响量在1 cm/s左右。分析结果有助于提高导航星座自主时间基准的准确度,并对深空测量和天基时间基准研究具有一定参考意义。     

HY-2卫星DORIS厘米级精密定轨

"海洋二号"(HY-2)卫星搭载了新一代DORIS接收机,可提供双频相位和伪距测量数据。针对HY-2卫星的RINEX 3.0格式的相位测量数据,研究了一种区别于传统相位观测数据处理的历元间差分处理方法,将相位观测数据转换为距离变化率观测数据,并进行相关误差修正,建立了HY-2卫星的宏表面力和经验力等摄动模型,基于动力学定轨原理实现了基于DORIS相位观测数据的精密定轨。利用HY-2卫星的DORIS实测数据进行定轨,初步计算结果表明,径向轨道误差优于2cm、三维位置误差约10cm,满足HY-2卫星应用的厘米级轨道精度需求。     

星载蓝绿激光用于水下导航定位的方法探讨

基于蓝绿激光具有良好透水性以及水下通信可行性基础上,文章提出了一种星载蓝绿激光用于水下定位的方法。设计一个由3颗低轨卫星组成的星座,实现航行器的水下导航定位,并对其定位原理和方法进行了详细说明,分解并分析了影响蓝绿激光水下伪距测量的主要误差源。通过仿真分析表明:3颗星载蓝绿激光卫星可在一个回归周期内同时6次指向指定区域进行观测,在每次卫星过顶时实现最佳目标定位精度。结合各项主要误差影响因素估算出:利用3颗低轨卫星同时采用蓝绿激光水下目标测量,可实现水下航行器定位精度优于百米量级。     

强电磁脉冲对单片机系统的辐照效应实验研究

为研究强电磁脉冲对单片机系统的辐照效应 ,在GTEM室内进行了辐照效应实验。实验表明 ,单片机系统在强电磁脉冲作用下 ,会出现“死机”、重启动、通讯出错和数据采集误差增大等现象。在实验基础上 ,对单片机系统的各种效应进行了深入研究。     

根据两颗导航星信息估计捷联惯导系统误差的一种方法

针对高机动短时间飞行的飞行器,介绍了一种根据它相对2颗导航卫星的伪距离和伪速度信息,估计捷联惯导系统定位和定速度误差的方法.考虑到由确定飞行器相对每颗星的径向距离和速度的非线性方程施加的约束,根据这些误差矢量长度最小值的条件确定误差值.用空间解析几何法得出了计算捷联惯导系统误差估值的最终算法,这种算法能给出非线性最小值问题的精确解.     

基于双向测距的伪卫星网络高精度时钟同步方法研究

针对室内高精度定位中伪卫星网络的时钟同步问题,提出利用SCPA系统双向测距技术,基于卡尔曼滤波估计算法,实现伪卫星间时钟高精度同步的方法,并仿真验证了该方法的正确性,同步精度平均可达0.003ns。     

双星时差频差联合定位方法及其误差分析

针对两个卫星联合利用信号到达时间差(TDOA)、到达频率差(FDOA)信息对地面已知高度固定辐射源定位的问题,提出了一种获得目标三维位置解析解的方法,不仅可得到卫星运动方向与卫星间连线方向不同时的解,而且可得到在两者方向相同时的解。在观测参数存在误差条件时对双星定位误差几何稀释(GDOP)分布理论和Monte\|Carlo仿真分析基础上,得到了定位误差的解析表达式。分析结果表明为了减少定位误差大的区域,双星的运动方向最好与卫星间连线方向一致或接近。     

两星一地时差定位方法性能分析

针对同轨多星定位系统以及高低轨联合定位系统需要卫星数量多的特点,设想地面站和卫星联合定位体制。考虑到时差定位体制对卫星运动不敏感的特征,提出一星三地和两星一地2种定位体制,从定位场景、定位原理、理论定位误差和误差分布4个方面对定位效能分析。重点论述了两星一地时差定位误差的地理分布、时间分布以及受高度的影响,对将来的工程化应用提供支撑。     

基于单频GPS接收机的低轨卫星准实时定轨算法研究

研究在不依赖于GPS差分基准站的情况下,利用单频GPS接收机对低轨卫星进行定轨的算法。文章先对影响卫星定轨的各种误差进行简要的分析,根据分析的结果对传统载波相位平滑伪距观测方程进行适当修正,然后,再利用修正的方程对伪距观测进行平滑,最后利用单点定位法进行轨道解算。仿真结果表明,在只需给定少数几个历元数据的情况下,利用单频接收机可以达到米级的定轨精度。     

非对称构型多站时差定位系统定位精度分析

以空间四站时差定位系统为例对多站时差定位系统原理进行阐述,推导定位系统的定位精度并分析影响系统定位精度的因素。通过仿真分析多站时差定位系统在不同空间构型、站间距、时差测量误差、位置误差条件下对地面辐射源的定位精度得出:多站时差定位系统的空间构型直接影响定位精度,主辅站间距长度越长定位精度越好;各站位置误差比时差测量误差对定位精度的影响更大;对于多站定位系统出现的非对称空间构型,通过合理的布站优化可以提升对某一固定辐射源的定位精度。     

不同环境下几种GPS接收机定位精度研究

在室内或部分遮挡环境中,不同GPS接收机接收信号的能力和定位精度有较大差异。通过对不同的观测环境、不同品牌接收机以及不同的数据处理软件这三个变量的控制展开实验,通过静态单点定位和静态相对定位两种方式测定接收机在不同环境下的定位精度。     

中国无地面控制点摄影测量卫星追述（二）--1∶1万传输型摄影测量卫星技术思考

以1∶1万传输型摄影测量卫星工程有效载荷配置为基础,分析了传输型测绘卫星中影响定位精度的误差源,提出了激光测距数据辅助两线阵卫星影像处理的若干思路,并进行了模拟仿真试验。试验结果表明：利用激光测距数据参与两线阵影像光束法平差,能有效改善航线模型系统变形,并保持较小的上下视差,可满足卫星影像无地面控制点条件下1∶1万高精度定位要求。     

基于多相机的空间机械臂视觉系统

视觉系统是空间机械臂的重要组成部分,空间机械臂除开环控制外的所有工作模式都不能离开视觉系统的引导和辅助而独立实现。文章以建立满足空间机械臂实际应用需求的视觉系统为目标,提出通过分布在不同空间位置的多个相机的协同工作扩展并增强视觉系统的监视和测量能力,并从系统组成、工作模式、测量方式等多方面完成空间机械臂视觉系统方案设计。仿真试验结果表明,目标三维位姿的测量误差与视觉标记点检测结果的误差近似成线性关系,视觉标记点检测的准确性对目标位姿测量的精度具有重要影响。室内环境试验结果表明,在视觉系统的引导下机械臂能够自主完成对目标的定位和捕获,视觉系统满足空间机械臂大范围运动和精准操作任务的应用需求。     

A vectorial bootstrapping approach for integrated GNSS-based relative positioning and attitude determination of spacecraft

Traditionally in multi-spacecraft missions (e.g. formation flying, rendezvous) the GNSS-based relative positioning and attitude determination problem are treated as independent. In this contribution we will investigate the possibility to use multi-antenna data from each spacecraft, not only for attitude determination, but also to improve the relative positioning between spacecraft. Both for ambiguity resolution and accuracy of the baseline solution, we will show the theoretical improvement achievable as a function of the number of antennas on each platform. We concentrate on ambiguity resolution as the key to precise relative positioning and attitude determination and will show the theoretical limit of this kind of approach. We will use mission parameters of the European Proba-3 satellites in a software-based algorithm verification and a hardware-in-the-loop simulation. The software simulations indicated that this approach can improve single epoch ambiguity resolution up to 50% for relative positioning applying the typical antenna configurations for attitude determination. The hardware-in-the-loop simulations show that for the same antenna configurations, the accuracy of the relative positioning solution can improve up to 40%.     

小数偏差产品质量评估及固定性能分析

为了评估不同小数偏差产品的数据质量和模糊度固定效果，比较了2016年全年的SGG FCB产品和CNES产品，结果表明两种产品具有很高的一致性，SGG FCB产品的数据完整性更好。应用两种产品进行精密单点定位(PPP)固定解的静态结果平面位置精度可以达到1 cm以内，高程位置精度可以达到1~2 cm，采用两种产品获得的PPP模糊度固定率十分接近，动态模式下处理静态数据的位置结果可以达到平面2~3 cm，高程5 cm以内的精度，两组固定解的位置误差结果差异不超过5 mm，模糊度固定成功率分别为92.37%和92.14%，两种小数偏差产品在23分钟左右完成首次固定，能够有效提高PPP的收敛速度。使用两种小数偏差产品得到的机载动态数据结果也非常相近。     

星载晶振短稳对导航增强系统PPP精度的影响分析

分析星载恒温晶振（Oven Controlled Crystal Oscillator，OCXO）短稳对导航增强系统精密单点定位（Precise Point Positioning，PPP）精度的影响。本文首先介绍了OCXO短期频率稳定度的概念，然后根据其短稳特性进行噪声反演，最后建立了基于OCXO短稳噪声反演的系统PPP定位模型，将短稳量级不同的OCXO反演噪声引入模型并对系统最终PPP定位精度进行分析比较。实验表明：在无控制段调校星上时频的情况下，选用短稳量级为E-13的OCXO在中长观测时间段内（<1 000 s）可满足系统厘米级的定位需求。该分析可为低轨导航增强系统的时频指标设计提供一定参考。     

“北斗+5G”联合定位与误差校正技术

在边坡、城市峡谷、高架等复杂的公路交通定位环境中，存在海量多样的定位需求与复杂的定位环境，北斗信号穿越建筑空间时强度被削弱，产生严重的信号反射和衍射，使得北斗卫星信号难以到达和有效使用，系统可用率下降，无法提供可靠的定位服务。结合第五代移动通信网络（5G）系统高密度部署的特点，提出了一种北斗+5G联合定位模型以及基于最小二乘残差Helmert后验加权的误差校正方法。在复杂公路交通环境中，可以改善可见卫星数少的问题，优化卫星的几何构型，提高用户终端定位精度，能够为用户终端提供高精度、全天候、连续、实时的定位服务。实验表明，北斗+5G联合定位模型能够大幅提升复杂公路交通环境下的定位性能。     

BDS分集接收机高精度定位技术研究

传统BDS（BeiDou Navigation Satellite System,北斗卫星导航系统）分集接收机在定位时,直接使用每个天线的卫星信号,导致定位位置点不明确,定位精度较低。针对该问题,提出了一种高精度的分集定位技术。首先,给出了一种基于通道码相位的天线时延标定算法,以消除不同天线的硬件时延差异;然后,介绍了一种不依赖于外部姿态信息计算北斗坐标系下天线基线向量的方法,并对计算精度进行了理论分析;最后,介绍了一种考虑天线时延和基线向量的分集定位解算算法,通过将定位结果归算至基准天线,明确了定位位置点,从而提高了定位精度。在室外静态环境条件下进行了对比测试验证,结果表明：该定位技术使BDS分集接收机的定位精度得到了明显提高,达到了单天线的定位精度。     

单频GPS载波相位相对定位研究

利用 GPS载波相位作为观测量 ,研究了采用最小二乘法和 FARA法相结合进行整周模糊度搜索和相对定位的方法 ,并探讨了影响相对定位精度的主要因素和解决途径 ,进行了相关的实验研究。实验结果表明 :在短基线的条件下 ,采用该方法进行 GPS载波相位测量的静态相对定位精度可优于 1cm。